KR20120126339A - Method of fabrication for nano particle complex catalyst by plasma ion implantation and Device for the method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of nanoparticle complex catalyst by plasma ion implantation and a manufacturing method of the same are provided to increase the surface area of an catalyst due to the small size of catalytic components. CONSTITUTION: A manufacturing method of nanoparticle complex catalyst by plasma ion implantation includes the following steps: plasma ions of solid elements functioning as catalytic components are generated in a vacuum bath; and ionized catalytic components are injected into the surface of a porous carrier. When pulse is applied to a deposition source under low average power, pulse direct current power is applied to the deposition source to generate the plasma ions of the solid elements.

Description

플라즈마 이온 주입법에 의한 나노입자 복합체 촉매 제조방법 및 제조장치{Method of fabrication for nano particle complex catalyst by plasma ion implantation and Device for the method}Method of fabrication for nano particle complex catalyst by plasma ion implantation and Device for the method

본 발명은 다공성 담체에 고체 원소의 촉매 성분을 담지하는 방법으로 나노크기 수준의 촉매 입자를 포함하는 나노입자 복합체 촉매를 제조하는 데에 있어서, 고체 원소의 플라즈마 이온을 발생시키고 이를 가속하여 다공성 담체에 주입하는 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 촉매의 제조방법 및 상기 방법에 사용되는 장치에 관한 것이다.
The present invention provides a nanoparticle composite catalyst including nanoparticle catalyst particles by a method of supporting a catalyst component of a solid element on a porous carrier, which generates and accelerates plasma ions of the solid element to the porous carrier. It relates to a method for producing a catalyst, characterized in that using a method of injecting and to an apparatus used in the method.

다공성 담체에 촉매 활성 성분 입자(이하, '촉매 성분' 또는 '촉매 입자'라고도 함)를 담지하여 촉매를 제조하는 데에 있어 일반적으로 사용되는 방법은 촉매성분이 용해된 용액에 다공성 담체를 담그어 그 용액이 다공질 구조 속으로 침투해 들어가도록 하거나 촉매 성분이 분산된 슬러리 상에 다공성 담체를 담그어 촉매 입자가 다공질 구조 속으로 들어가도록 하는 방법이다. 통상 이를 '함침법'이라 한다. A commonly used method for preparing a catalyst by carrying catalyst active ingredient particles (hereinafter referred to as 'catalyst component' or 'catalyst particle') on a porous carrier is to immerse the porous carrier in a solution in which the catalyst component is dissolved. It is a method to infiltrate the porous structure with the solution or to immerse the porous carrier in the slurry in which the catalyst component is dispersed so that the catalyst particles enter the porous structure. Usually this is called 'impregnation method'.

즉, 일정 시간 동안 촉매 성분이 용해되거나 분산되어 있는 환경에 다공성 담체를 함침시킴으로써 다공성 담체의 다공질 구조 속으로 촉매 입자나 촉매 성분을 함유한 용액이 침투해 들어가게 한 후, 가열 등을 통해 용매 성분을 제거하면 다공질 구조 구석 구석에 촉매 성분이 담지된 상태의 촉매가 제조되는 것이다. 이러한 방법으로 미세한 촉매 입자가 분산된 다공질 구조체를 제조할 수 있다. That is, by impregnating the porous carrier in an environment in which the catalyst component is dissolved or dispersed for a predetermined time, the solution containing the catalyst particles or the catalyst component penetrates into the porous structure of the porous carrier, and then the solvent component is heated by heating. If removed, a catalyst having a catalyst component supported on every corner of the porous structure is produced. In this way, a porous structure in which fine catalyst particles are dispersed can be produced.

그런데 이러한 함침법으로 제작된 촉매는 담지되는 촉매 입자 크기가 수nm의 작은 것도 있으나 수십nm로 큰 촉매입자도 얻어져, 평균 입자 크기의 증가로 기인해 촉매특성의 저하를 야기시킨다. By the way, the catalyst produced by this impregnation method has a small catalyst particle size of several nm, but a catalyst particle large in several tens of nm is also obtained, resulting in a decrease in catalyst characteristics due to an increase in the average particle size.

또한, 담체에 일정량의 촉매 성분을 담지하기 위하여 그보다 훨씬 많은 양의 촉매 입자를 슬러리 상 또는 용액상으로 제조하여야 하는데, 통상 촉매 성분으로 사용되는 것은 고가의 귀금속 류이다. 따라서, 함침법에 의해 촉매를 제조할 경우에는 고가의 촉매 성분이 낭비될 우려가 있어, 예로써, 마이크로 반응기에 사용되는 촉매활성판에서는 금속판의 한 면에만 담체가 존재하는 촉매활성판의 제조도 필요한데 이때에도 담체에만 촉매 성분이 담지되어야 하는데 함침법에서는 담체가 없는 금속판 표면에도 촉매성분이 잔류하는 단점이 있어, 촉매 제조에 소요되는 비용적인 부분에 있어서도 바람직하지 못한 면이 있다.In addition, much larger amounts of catalyst particles have to be prepared in the slurry or solution phase in order to support a certain amount of the catalyst component on the carrier, which is commonly used as a catalyst component and is an expensive precious metal. Therefore, when the catalyst is produced by the impregnation method, expensive catalyst components may be wasted. For example, in the catalytically active plate used in the microreactor, the production of the catalytically active plate in which the carrier is present only on one side of the metal plate is also performed. In this case, the catalyst component should be supported only on the carrier. However, in the impregnation method, there is a disadvantage that the catalyst component remains on the surface of the metal plate without the carrier, which is undesirable in terms of cost required for preparing the catalyst.

한편, 소재의 표면을 개질시키는 방법으로 이온 주입(Iron implantation) 방법이 있다. 이는 이온을 수십 내지 수백 keV의 높은 에너지로 가속시켜 금속 재료의 표면에 입사시키는 기술이다. 이러한 이온 주입 기술은 재료 표면으로부터 수천 Å까지 개질된 층을 형성할 수 있고, 완만한 조성 변화층을 형성하여 코팅에서와 같은 재질의 이질성에 따른 박리 현상이 근본적으로 발생하지 않으며, 고에너지 공정이므로 열역학적인 제한을 거의 받지 않고, 상온 공정이므로 시료의 온도 상승에 따른 크기 변화나 열에 의한 열화 현상이 없다는 장점이 있다.On the other hand, there is an ion implantation (Iron implantation) method to modify the surface of the material. This is a technique of accelerating ions to high energies of tens to hundreds of keV and incident on the surface of a metallic material. This ion implantation technology can form a modified layer up to several thousand micrometers from the surface of the material, and form a gentle composition change layer so that peeling phenomenon due to heterogeneity of the material as in coating does not occur, and is a high energy process. It is almost thermodynamically limited, and because it is a room temperature process, there is an advantage that there is no change in size or deterioration due to heat of a sample.

또한, 이온 주입 기술의 경우에는 표면의 조도에 크게 영향받지 않으며, 나아가, 주입 이온의 종류, 에너지, 양을 조절함으로써 개질 층의 종류, 두께, 개질 정도의 조절이 용이하다는 장점이 있다.In addition, the ion implantation technology is not significantly affected by the roughness of the surface, and furthermore, it is easy to control the type, thickness, and degree of modification of the modified layer by adjusting the type, energy, and amount of implanted ions.

그러나, 이온 주입 기술은 평면 시료인 반도체 웨이퍼에 불순물 도핑을 목적으로 개발된 것으로, 그 외의 용도로서 이용하는 데에는 장치적인 면에서 한계가 있다. 즉, 이온원으로부터 이온을 추출한 후 가속시켜 이온빔의 형태로 시료에 입사시킬 때에 균일한 이온 주입을 위해서 이온빔을 흔들어 주어야 한다. 또한, 이온빔 형태로 이온을 주입하는 방법은 견통선(Line-of-sight) 주입이라는 원리상의 제약 때문에, 금형, 공구, 기계 요소부품 등과 같은 3차원 물체에의 이온 주입을 위해서 시료의 3방향 회전 및 경사 입사 이온에 의한 스퍼터링 현상을 막기 위한 마스킹의 필요성 등 기술적인 약점을 갖고 있다.However, the ion implantation technology has been developed for the purpose of doping impurities into a semiconductor wafer, which is a planar sample, and there are limitations in terms of apparatuses for use for other purposes. That is, when the ion is extracted from the ion source and accelerated to enter the sample in the form of an ion beam, the ion beam should be shaken for uniform ion implantation. In addition, the method of implanting ions in the form of an ion beam is a three-way rotation of a sample for implanting ions into three-dimensional objects such as molds, tools, and mechanical component parts due to the principle constraint of line-of-sight implantation. And the necessity of masking to prevent sputtering due to oblique incident ions.

이러한 이온빔 방식의 이온주입 기술의 단점을 극복하기 위해, 플라즈마와 고전압 펄스를 이용하는 플라즈마 이온주입 기술(미국 특허 4764394호, 대한민국 특허 137704호, 유럽 특허 480688호, 캐나다 특허 2052080호, 미국 특허 5126163호)이 제안되었다. 이 기술은 대면적 입체 시료에의 균일하고 빠른 이온주입이 가능하고, 이온빔 분산장치 등이 필요하지 않다. In order to overcome the shortcomings of the ion beam ion implantation technology, plasma ion implantation technology using plasma and high voltage pulses (U.S. Patent 4764394, Republic of Korea Patent 137704, European Patent 480688, Canadian Patent 2052080, United States Patent 5126163) This has been proposed. This technique enables uniform and fast ion implantation into a large area three-dimensional sample, and does not require an ion beam dispersing device or the like.

그러나, 현재까지 제안되고 있는 플라즈마 이온주입 기술은 대부분이 질소, 산소, 이르곤, 메탄 등 가스 상태의 이온주입만이 가능할 뿐, 고체 상태로 존재하는 원소의 플라즈마 이온주입은 불가능하다. 단, 일부 선행기술(미국 특허 5777438호, 미국 특허 5126163호)에서 펄스 음극아크를 이용한 고체 원소의 플라즈마 이온주입 기술을 개시하고 있지만, 펄스 음극아크 플라즈마를 이용하는 경우 아크로 인해 큰 크기의 마크로 입자(Droplet)가 발생하여 이온주입 시료의 표면에 증착되며, 이를 방지하기 위해서는 자장을 이용한 필터를 사용해야만 하는 단점이 있다.
However, most of the plasma ion implantation techniques that have been proposed up to now are possible only in the gaseous state such as nitrogen, oxygen, irgon, and methane, and plasma ion implantation of elements existing in the solid state is impossible. However, although some prior arts (US Pat. No. 5,777,438, US Pat. No. 5,126,163) disclose a plasma ion implantation technique of a solid element using a pulsed cathode arc, a large sized macro particle (Droplet) due to an arc when using a pulsed cathode arc plasma is used. ) Is generated and deposited on the surface of the ion implantation sample, there is a disadvantage that must use a filter using a magnetic field to prevent this.

본 발명은 다공성 담체에 고체 원소의 촉매 성분을 담지하는데 있어 고체 원소의 플라즈마 이온을 주입시키는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이로부터 본 발명은 다공성 담체에 효율적으로 고체 원소의 촉매 성분을 담지시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 즉, 종래의 함침법에 비해 적은 양의 촉매 성분을 사용하면서도 바람직한 촉매 활성의 성능이 달성될 수 있도록 하는 고체 원소의 촉매 제조방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a method for injecting plasma ions of a solid element in supporting the catalyst component of the solid element on a porous carrier. From this, the present invention is to provide a method capable of efficiently supporting the catalyst component of the solid element on the porous carrier. That is, the present invention provides a method for producing a catalyst of a solid element which allows the performance of the desired catalyst activity to be achieved while using a small amount of catalyst components as compared to conventional impregnation methods.

또한, 본 발명은 상기 방법을 실시할 수 있는 나노입자 복합체 촉매의 제조장치를 제공하고자 한다.
In addition, the present invention is to provide a device for producing a nanoparticle composite catalyst that can be carried out the above method.

본 발명은 진공 상태로 유지되는 진공조 내부에 촉매 성분으로 사용되는 고체 원소의 플라즈마 이온을 발생시키고, 상기 발생된 플라즈마 이온으로부터 이온화된 촉매 성분을 다공성 담체 표면으로 가속하여 주입시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법을 제공한다. The present invention generates plasma ions of a solid element used as a catalyst component in a vacuum chamber maintained in a vacuum state, and nanoparticles are accelerated and injected into the porous carrier surface by ionizing the catalyst component ionized from the generated plasma ions. It provides a method for producing a particle composite catalyst.

바람직하게, 상기 고체 원소 플라즈마 이온은 증착원에 낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력을 인가하는 펄스 직류 전력을 인가하여 발생시키는 것이다.Preferably, the solid element plasma ions are generated by applying a pulsed direct current power that applies a high power at the moment when a pulse is applied to the deposition source while maintaining a low average power.

바람직하게 상기 펄스 직류 전력은, 밀도가 10 W/cm2? 10 kw/cm2이고, 1 Hz ? 10 kHz의 주파수 및 10 usec ? 1 msec의 펄스폭을 갖는 것이다.Preferably, the pulsed DC power has a density of 10 W / cm 2 ? 10 kw / cm 2 , 1 Hz? 10 kHz frequency and 10 usec? It has a pulse width of 1 msec.

바람직하게, 상기 다공성 담체에는 고체 원소 플라즈마 이온을 다공성 담체 측으로 가속시키기 위해 상기 펄스 직류 전력에 동기화된 고전압 펄스가 인가된다.Preferably, a high voltage pulse synchronized with the pulsed direct current power is applied to the porous carrier to accelerate solid element plasma ions to the porous carrier side.

바람직하게, 상기 고전압 펄스는 1 Hz ? 10 kHz의 주파수, 1 usec ? 200 usec의 펄스폭 및 -1 kv ? -100 kV의 음(-)의 펄스 고전압을 갖는 것이다.Preferably, the high voltage pulse is 1 Hz? 10 kHz frequency, 1 usec? Pulse width of 200 usec and -1 kv? It has a negative pulse high voltage of -100 kV.

바람직하게, 상기 진공조에는 0.5 mTorr ? 5 mTorr의 압력으로 플라즈마 발생 가스가 주입된다.Preferably, the vacuum chamber is 0.5 mTorr? The plasma generating gas is injected at a pressure of 5 mTorr.

바람직하게, 상기 다공성 담체는 Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, W-O, V-O, Sb-O, RE(희토류: Sr, Y, 란타넘족)-O계의 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상이다.Preferably, the porous carrier is Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, WO, VO, Sb-O, RE (rare earth) : It is 1 or more types chosen from the group which consists of an oxide of Sr, Y, a lanthanum group) -O system.

바람직하게, 상기 고체 원소는 Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd 및 Rh으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상이다.Preferably, the solid element is at least one member selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd and Rh.

바람직하게, 상기 진공조 내부에는 플라즈마가 추가로 도입된다.Preferably, plasma is further introduced into the vacuum chamber.

바람직하게, 상기 다공성 담체는 두께 1-100 μm의 담체층이 금속 또는 세라믹 기판상에 형성되어 있는 것이다.Preferably, the porous carrier is a carrier layer having a thickness of 1-100 μm is formed on a metal or ceramic substrate.

또한, 본 발명은 내부가 진공 상태로 유지되는 진공조; 낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력을 인가하는 펄스 직류 전력에 의해 상기 진공조 내부로 고체 원소의 이온을 방출하는 증착원 및 상기 증착원에 대향하여 상기 진공조 내부에 배치되며 상기 펄스 직류 전력에 동기화된 고전압 펄스에 의해 고체 원소의 이온이 주입되는 다공성 담체를 포함하는 나노입자 복합체 촉매 제조를 위한 장치를 제공한다.In addition, the present invention is a vacuum chamber inside which is maintained in a vacuum state; A deposition source for releasing ions of a solid element into the vacuum chamber by a pulsed direct current power that applies a high power at the time when a pulse is applied while maintaining a low average power, and is disposed inside the vacuum chamber opposite to the deposition source; Provided is an apparatus for preparing a nanoparticle composite catalyst comprising a porous carrier into which ions of a solid element are injected by a high voltage pulse synchronized to a pulsed direct current power.

바람직하게, 상기 진공조에는 고체 원소의 이온을 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생 가스가 주입된다.Preferably, a plasma generating gas for injecting ions of a solid element into a plasma state is injected into the vacuum chamber.

바람직하게, 상기 진공조 내부에는 플라즈마가 추가로 도입된다.Preferably, plasma is further introduced into the vacuum chamber.

본 발명에 의하면, 적은 양의 고체 원소 촉매 성분을 효율적으로 다공성 담체에 담지할 수 있다.According to the present invention, a small amount of the solid element catalyst component can be efficiently supported on the porous carrier.

또한, 본 발명에 의해 제조된 촉매는 고온?고습 환경에 노출되어 장시간 사용되는 경우에도 담체에 담지된 촉매 성분의 입자가 뭉치거나 담체로부터 이탈되거나 하는 현상이 발생되지 않아, 촉매 성능이 떨어지지 않으며 촉매 수명이 오래 지속되는 장점이 있다. In addition, the catalyst prepared according to the present invention does not cause a phenomenon that the particles of the catalyst component supported on the carrier are agglomerated or detached from the carrier even when exposed to a high temperature and high humidity environment, and thus the catalyst performance does not deteriorate and the catalyst does not deteriorate. It has the advantage of long life.

그리고, 본 발명에 의해 제조된 촉매에서는 촉매 성분의 입자가 작아 촉매 활성의 표면적이 증가된다는 점에서 유리하다.
In addition, the catalyst produced by the present invention is advantageous in that the particles of the catalyst component are small and the surface area of the catalytic activity is increased.

도 1은 본 발명의 다공성 담체에 고체 원소 플라즈마 이온을 주입하는 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에서 제조된 촉매의 표면을 촬영한 TEM 사진이다.
도 3은 비교예에서 제조된 촉매의 표면을 촬영한 TEM 사진이다.
도 4는 DME 개질을 통한 수소 기체 발생 반응에서 온도에 따른 수소 기체 발생률을 나타낸 것이다.
1 is a view showing the configuration of a device for injecting solid element plasma ions into the porous carrier of the present invention.
2 is a TEM photograph of the surface of the catalyst prepared in Example.
3 is a TEM photograph of the surface of the catalyst prepared in Comparative Example.
Figure 4 shows the hydrogen gas generation rate with temperature in the hydrogen gas generation reaction through the DME reforming.

본 발명은 다공성 담체 표면에 촉매 성분으로 사용되는 고체 원소를 담지하여 다공성 담체 내부에 나노입자의 촉매 성분이 담지된 형태의 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로, 종래 함침법을 대신하여 플라즈마 이온 주입법을 이용하여 활성 촉매를 나노입자 크기로 균일하게 분산시키고자 한다. 함침법의 경우는 촉매입자 크기가 수~수십nm 크기의 범위로 존재하므로 이온 주입법을 이용하여 수nm 크기로 촉매입자를 균일하게 분산시키고자 하는 것이다. The present invention relates to a method for preparing a catalyst in which a catalyst component of nanoparticles is supported in a porous carrier by supporting a solid element used as a catalyst component on the surface of the porous carrier. To distribute the active catalyst uniformly to nanoparticle size. In the case of the impregnation method, since the catalyst particle size exists in the range of several tens to several tens of nm, it is intended to uniformly disperse the catalyst particles in several nm size by using the ion implantation method.

또한, 함침법에서는 액상에 촉매 담체를 담그는 공정을 필연적으로 수반하게 되므로 액상을 증발 제거하는 후공정이 반드시 필요하게 된다. 이때 불필요한 부분에 귀금속 촉매가 피복되는 현상에 의해 귀금속 사용량이 증가하게 된다. 반면, 이온주입법은 건식공정이기 때문에 증발제거공정의 도입이 불필요하며, 필요한 담체에만 촉매 성분을 담지할 수 있는 장점이 있다. In addition, the impregnation method inevitably entails a step of dipping the catalyst carrier in the liquid phase, so that a post process of evaporating and removing the liquid phase is necessary. At this time, the use of the noble metal is increased by the phenomenon in which the noble metal catalyst is coated on the unnecessary portion. On the other hand, since the ion implantation method is a dry process, the introduction of the evaporation removal process is unnecessary, and there is an advantage that the catalyst component can be supported only on the necessary carrier.

구체적으로 본 발명은 진공 상태로 유지되는 진공조 내부에 촉매 성분으로 사용되는 고체 원소의 플라즈마 이온을 발생시키고, 상기 발생된 플라즈마 이온으로부터 이온화된 촉매 성분을 다공성 담체 표면으로 가속하여 주입시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법을 제공한다.Specifically, the present invention generates plasma ions of a solid element used as a catalyst component in a vacuum chamber maintained in a vacuum state, and accelerates and injects ionized catalyst components from the generated plasma ions onto the surface of the porous carrier. It provides a method for producing a nanoparticle composite catalyst.

진공조 내부에서 고체 원소의 플라즈마 이온을 발생시키기 위해서는 마그네트론 등 고체 원소를 스퍼터링 할 수 있는 증착원을 사용한다. 상기 증착원에는 고체 원소를 스퍼터링 하기 위해 전력이 인가되어야 한다. 이때 증착원에 인가되는 전력은 낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력이 인가될 수 있는 펄스 형태의 직류 전력을 사용한다. In order to generate plasma ions of a solid element in the vacuum chamber, a deposition source capable of sputtering a solid element such as a magnetron is used. Power must be applied to the deposition source to sputter the solid element. At this time, the power applied to the deposition source uses a direct current of the pulse form that can be applied a high power at the moment the pulse is applied while maintaining a low average power.

증착원에 펄스 직류 전력이 인가되면 그 순간 증착원이 작동(Pulse-on)되고, 그로부터 고체 원소가 스퍼터링 되어 진공조 내부로 방출된다. 그러면 진공조 내부에 고밀도로 존재하는 플라즈마 발생 가스에 의해 상기 고체 원소 이온들은 플라즈마 상태가 된다. 플라즈마 상태의 고체 원소 이온들을 다공성 담체에 주입시키기 위해 상기 다공성 담체는 증착원에 대향하여 배치되며, 고전압 펄스가 인가되도록 한다. 즉, 다공성 담체에 인가된 고전압 펄스에 의해 플라즈마 상태의 고체 원소 이온들이 다공성 담체 쪽으로 가속되게 함으로써 효과적인 이온주입이 이루어질 수 있다.When pulsed direct current power is applied to the deposition source, the deposition source is momentarily turned on, and solid elements are sputtered therefrom and discharged into the vacuum chamber. The solid element ions are then brought into a plasma state by the plasma generating gas present in the vacuum chamber at a high density. In order to inject the solid element ions in the plasma state into the porous carrier, the porous carrier is disposed opposite the deposition source, and a high voltage pulse is applied. That is, effective ion implantation can be achieved by causing the solid element ions in the plasma state to be accelerated toward the porous carrier by the high voltage pulse applied to the porous carrier.

바람직하게, 촉매 성분으로 사용되는 고체 원소로부터 스퍼터링을 일으키기 위해 증착원에 인가되는 펄스 직류 전력은 밀도가 10 W/cm2 ? 10 kw/cm2의 값을 갖고, 1 Hz ?10 kHz의 주파수와, 10 usec ? 1 msec의 펄스폭을 갖는 것을 사용한다. 또한, 고체 원소 이온을 다공성 담체 쪽으로 가속하기 위해 인가하는 고전압 펄스는 상기 증착원에 인가되는 펄스 직류 전력과 동일한 주파수인 1 Hz? 10 kHz로 동기화시켜 이용하며, 펄스폭은 1 usec ? 200 usec, 음(-)의 펄스 고전압은 -1 kv ?-100 kV의 것을 이용한다.Preferably, the pulsed direct current power applied to the deposition source to cause sputtering from the solid element used as the catalyst component has a density of 10 W / cm 2 ? It has a value of 10 kw / cm 2 , a frequency of 1 Hz to 10 kHz, and 10 usec? Use a pulse width of 1 msec. Further, the high voltage pulse applied to accelerate the solid element ions toward the porous carrier has a frequency equal to 1 Hz ?, which is the same frequency as the pulsed DC power applied to the deposition source. Synchronized at 10 kHz, the pulse width is 1 usec? 200 usec, negative pulse high voltage use -1 kv --100 kV.

본 발명에서 촉매 성분으로 사용하는 고체 원소는 Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd 및 Rh으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상이다. 상기 고체 원소를 타겟으로 하여 증착원을 연속적인 작동이 아닌 펄스 모드로 작동시킨다. 이는 증착원의 냉각에 문제가 없도록 낮은 평균 전력을 유지하면서, 펄스가 인가되는 순간 매우 높은 전력을 인가하여 증착원의 표면에 고밀도의 고체 원소 이온을 발생시킬 수 있도록 함으로써, 증착원 표면으로부터 방출되는 고체 원소의 이온화율을 높이기 위함이다. The solid element used as the catalyst component in the present invention is at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd and Rh. By targeting the solid element, the deposition source is operated in pulsed mode rather than in continuous operation. This maintains a low average power so that there is no problem with cooling the deposition source, while allowing very high power to be generated at the moment of application of the pulse to generate a high density of solid element ions on the surface of the deposition source. This is to increase the ionization rate of the solid element.

이와 같은 방법으로 발생된 다량의 고체 원소 이온들이 진공조 내부로 방출되면 진공조 내부에 존재하는 플라즈마 발생 가스에 의해 플라즈마 상태가 된다. 이때 진공조 내에 채워지는 플라즈마 발생 가스로는, 아르곤, 질소, 산소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 아세틸렌, 벤젠 가스 및 이들의 혼합가스를 사용할 수 있다. 또한, 이들 가스의 압력은 0.5 mTorr ? 5 mTorr이 되도록 조절한다. 진공조 내부가 0.5 mTorr 이하의 낮은 압력일 경우에는 플라즈마의 발생이 어렵고, 반면 5 mTorr 이상의 높은 압력일 경우에는 고체 원소 이온과 가스 입자들의 빈번한 충돌로 인해 고체 원소 이온의 에너지 손실이 심하게 되기 때문이다.When a large amount of solid element ions generated in this manner is released into the vacuum chamber, the plasma is generated by the plasma generating gas present in the vacuum chamber. At this time, as the plasma generating gas filled in the vacuum chamber, argon, nitrogen, oxygen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, acetylene, benzene gas, and a mixed gas thereof may be used. In addition, the pressure of these gases is 0.5 mTorr? Adjust to 5 mTorr. If the pressure inside the vacuum chamber is lower than 0.5 mTorr, it is difficult to generate plasma, whereas if the pressure is higher than 5 mTorr, the energy loss of the solid element ions is severe due to frequent collision of the solid element ions and gas particles. .

이렇게 발생된 플라즈마 상태의 고체 원소 이온들을 증착원에 대향되는 위치에 배치된 다공성 담체로 효과적으로 주입하기 위해 다공성 담체에는 음(-) 전하의 고전압 펄스를 인가한다. 다공성 담체에 음(-)의 고전압 펄스가 가해지면 증착원으로부터 발생된 고체 원소 플라즈마로부터 이온이 추출되어 다공성 담체를 향하여 가속되어 이온주입이 효과적으로 이루어지게 된다. In order to effectively inject the solid element ions in the plasma state thus generated into the porous carrier disposed at a position opposite to the deposition source, a high voltage pulse of negative charge is applied to the porous carrier. When a negative high-voltage pulse is applied to the porous carrier, ions are extracted from the solid element plasma generated from the deposition source, accelerated toward the porous carrier, and ion implantation is effectively performed.

또한, 상기 고전압 펄스는 증착원에 인가되는 펄스 직류 전압과 동기화가 이루어져야 한다. 이는 다공성 담체에 인가되는 펄스 직류 전압에 의하여 증착원이 작동(Pulse-on)되는 순간 증착원으로부터 스퍼터링되는 고체 원소가 진공조 내부에서 이온화되고, 다공성 담체에 인가되는 고전압 펄스에 의해 다공성 담체 쪽으로 가속되어 이온 주입되어야 하기 때문이다. 상기 고전압 펄스는 바람직하게 -1kV ~ -100kV 사이의 전압이다. In addition, the high voltage pulse should be synchronized with the pulsed DC voltage applied to the deposition source. This is because the solid element sputtered from the deposition source is ionized in the vacuum chamber and accelerated toward the porous carrier by the high voltage pulse applied to the porous carrier at the moment when the deposition source is pulsed on by the pulsed direct current voltage applied to the porous carrier. This is because it must be ion implanted. The high voltage pulse is preferably a voltage between -1 kV and -100 kV.

본 발명에서 다공성 담체는 Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, W-O, V-O, Sb-O, RE(희토류: Sr, Y, 란타넘족)-O계의 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택될 수 있다. In the present invention, the porous carrier is Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, WO, VO, Sb-O, RE (rare earth: It may be selected from the group consisting of Sr, Y, and Lanthanum) -O-based oxides.

이러한 다공성 담체는 바람직하게 고전압 펄스를 인가할 수 있는 전도성 재질의 장착대에 놓여진 상태로 사용한다. 상기 장착대로는 구리 또는 스테인레스 스틸 등 전도성 재질이면 제한없이 사용할 수 있다. Such a porous carrier is preferably used while placed on a mount made of a conductive material capable of applying a high voltage pulse. The mounting bar may be used without limitation as long as it is a conductive material such as copper or stainless steel.

또한, 다공성 담체는 금속기판이나 세라믹 기판에 코팅된 형태로 존재하며, 그 두께는 1-100 μm의 것을 사용할 수 있다.
In addition, the porous carrier is present in the form of a coating on a metal substrate or a ceramic substrate, the thickness of 1-100 μm may be used.

진공조 내부에는 상기 플라즈마 발생 가스 외헤 외부로부터 플라즈마가 추가로 도입되어 사용될 수 있다. 외부로부터 진공조 내로 도입된 플라즈마는 증착원으로부터 방출된 고체 원소의 이온화율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증착원이 작동 압력보다 낮은 압력에서 작동이 가능하게 하여 이온주입시 가스 입자와의 충돌을 최소화할 수 있다. A plasma may be additionally introduced into the vacuum chamber from the outside of the plasma generating gas. Plasma introduced from the outside into the vacuum chamber not only increases the ionization rate of the solid element emitted from the deposition source, but also enables the deposition source to operate at a pressure lower than the operating pressure, thereby preventing collision with gas particles during ion implantation. It can be minimized.

이러한 플라즈마 도입을 위해서는 RF 안테나에 RF 전력을 인가하여 진공조 내에 이미 존재하는 플라즈마 발생 가스의 유도결합 플라즈마를 발생시키거나, 필라멘트 방전을 이용하거나, 마이크로파를 이용할 수도 있다.In order to introduce the plasma, RF power may be applied to the RF antenna to generate an inductively coupled plasma of a plasma generating gas that is already present in the vacuum chamber, to use filament discharge, or to use microwave.

본 발명에서 다공성 담체에 주입 직후 고체 원소의 크기는 수 nm이다. 따라서, 본 발명에서 제조되는 촉매의 경우 촉매 성분이 나노 레벨로 존재하는 나노입자 복합체 촉매이다. 이는 함침법에 의한 촉매 성분 입자들이 수~수십 nm 범위로 존재하는 것과 비교하면 훨씬 작은 사이즈로서, 본 발명에 의해 제조된 촉매에서는 촉매 활성 성분의 표면적이 넓어지는 효과가 있다. In the present invention, the size of the solid element immediately after injection into the porous carrier is several nm. Therefore, the catalyst prepared in the present invention is a nanoparticle composite catalyst in which the catalyst component is present at the nano level. This is a much smaller size than the catalyst component particles present in the impregnation method in the range of several tens to several tens of nm, and the catalyst prepared by the present invention has the effect of widening the surface area of the catalytically active component.

또한 본 발명의 방법에 의해 담체에 주입된 고체 원소의 이온들은 다공성 담체 표면과의 상호작용이 함침법의 경우에 비해 강하다. 따라서, 고온?고압의 촉매 사용 환경에 노출되더라도 소결 현상 등이 덜 일어나고, 그에 따라 장시간 사용에 의하더라도 촉매 성능이 쉽게 열화되지 않는 장점이 기대된다.
In addition, the ions of the solid element injected into the carrier by the method of the present invention have stronger interaction with the surface of the porous carrier than in the case of the impregnation method. Therefore, the sintering phenomenon is less likely to occur even when exposed to a high temperature and high pressure catalyst use environment, and thus the catalyst performance is not easily deteriorated even by prolonged use.

한편, 본 발명의 촉매 제조방법을 실시할 수 있는 장치의 일 실시예로는 도1에 도시된 바와 같이 현재 특허 출원중인 "고체 원소 플라즈마 이온주입 장치"(대한민국 특허 출원번호 제10-2009-0002986호)를 사용할 수 있다. 즉, 마그네트론의 타겟으로 촉매 성분인 고체 원소를 장착하여 펄스 직류 전원을 이용한 펄스 모드로 작동하고, 이와 동기화된 고전압 펄스를 시료로 사용되는 다공성 담체에 인가함으로써, 마그네트론으로부터 발생된 고체 원소의 이온을 가속하여 다공성 담체 표면에 이온주입 할 수 있다. 그러나 본 발명의 방법을 실현할 수 있는 장치는 상기 특허에 개시된 장치에 한정되지 않으며, 내부가 진공 상태로 유지되는 진공조; 낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력을 인가하는 펄스 직류 전력에 의해 상기 진공조 내부로 고체 원소의 이온을 방출하는 증착원 및 상기 증착원에 대향하여 상기 진공조 내부에 배치되며 상기 펄스 직류 전력에 동기화된 고전압 펄스에 의해 고체 원소의 이온이 주입되는 다공성 담체를 포함하는 것이면 제한없이 사용될 수 있다.On the other hand, as an embodiment of the device capable of implementing the catalyst production method of the present invention, as shown in Figure 1 is a patent pending "solid element plasma ion implantation device" (Korean Patent Application No. 10-2009-0002986 Can be used. That is, a solid element, which is a catalyst component, is mounted as a target of the magnetron to operate in a pulse mode using a pulsed direct current power source, and a high voltage pulse synchronized with the same is applied to a porous carrier used as a sample, thereby obtaining ions of the solid element generated from the magnetron. It can accelerate ion implantation on the surface of the porous carrier. However, the apparatus capable of realizing the method of the present invention is not limited to the apparatus disclosed in the above patent, but includes a vacuum chamber in which the inside is kept in a vacuum state; A deposition source for releasing ions of a solid element into the vacuum chamber by a pulsed direct current power that applies a high power at the time when a pulse is applied while maintaining a low average power, and is disposed inside the vacuum chamber opposite to the deposition source; It can be used without limitation as long as it includes a porous carrier into which the ions of the solid element are injected by the high voltage pulse synchronized to the pulsed direct current power.

또한, 상기 장치에서 진공조 내부에는 고체 원소를 플라즈마 상태로 만들기 위해 아르곤, 질소, 산소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 아세틸렌, 벤젠 가스 및 이들의 혼합가스가 0.5 mTorr ? 5 mTorr의 압력으로 주입될 수 있고, 고체 원소의 이온화율을 높이고 다공성 담체로 고체 원소의 이온 주입을 효과적으로 일어나도록 하기 위하여, RF 안테나로 진공조 내에 이미 존재하는 플라즈마 발생 가스의 유도결합 플라즈마를 발생시키거나, 필라멘트 방전을 이용하거나, 마이크로파를 이용하여 외부 플라즈마를 추가로 도입할 수 있다. In addition, in the apparatus, argon, nitrogen, oxygen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, acetylene, benzene gas, and a mixed gas thereof are mixed in a vacuum chamber to make solid elements into a plasma state. It can be injected at a pressure of 5 mTorr, and the RF antenna generates an inductively coupled plasma of the plasma generating gas already present in the vacuum chamber in order to increase the ionization rate of the solid element and to effectively inject the solid element into the porous carrier. The external plasma may be further introduced using the filament discharge, the microwave, or the microwave.

또한, 상기 다공성 담체에 고전압 펄스를 가하기 위해 전도성 재질의 장착대를 사용하여 그 위에 다공성 담체를 올려 놓은 상태에서 고전압 펄스를 가함으로써 이온이 주입되도록 한다.
In addition, ions are injected by applying a high voltage pulse in a state where the porous carrier is placed thereon using a mount of conductive material to apply a high voltage pulse to the porous carrier.

이하, 실시예에 의해 발명을 상세히 설명한다. 그러나 이는 발명의 이해를 용이하게 하는 것이므로, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 여겨져서는 안된다.
Hereinafter, the invention will be described in detail by way of examples. However, since this is to facilitate the understanding of the invention, the present invention should not be considered to be limited thereto.

실시예Example

고체 원소로 백금(Pt)을 마그네트론 증착원의 타겟으로 사용하였다. Pt 타겟은 직경 75 mm, 두께 1 mm의 것을 사용하였다. 이온주입을 위한 다공성 담체로는 아노다이징(anodizing)을 통해 제작한 다공성 γ-Alumina (두께 26 μm) 을 이용하였다. 길이 4cm, 폭 2cm인 Al 판재의 한쪽 면에 양극산화로 다공성 감마 알루미나층을 형성 시킨 것이었다. Platinum (Pt) was used as a target of the magnetron deposition source as a solid element. As the Pt target, one having a diameter of 75 mm and a thickness of 1 mm was used. As a porous carrier for ion implantation, porous γ-Alumina (thickness 26 μm) prepared through anodizing was used. A porous gamma alumina layer was formed on one side of an Al plate having a length of 4 cm and a width of 2 cm by anodization.

상기 다공성 알루미나 담체층을 전도성 시료대 위에 장착한 후, 진공조를 5×10-6 Torr의 진공도로 배기하고, 아르곤 가스를 인입시켜 진공조 내부의 아르곤 압력을 2 mTorr로 유지하였다. 이어서, 플라즈마 발생용 안테나에 13.56 MHz, 200 Watt의 RF 전력을 인가하여 아르곤 플라즈마를 발생시키고, 마그네트론 증착원에 펄스 직류 전력을 인가하여 마그네트론 증착원을 작동시켰다. 인가한 펄스 직류 전압은 -1.1 kV, 펄스 전류는 10 A로 하여 약 220 W/cm2의 펄스 전력을 사용하였다. 또한, 펄스직류 전력의 주파수는 100 Hz, 펄스폭은 200 usec로 하였다. 평균 전력은 220 W로 마그네트론 증착원의 냉각에 문제가 없도록 하였다.After mounting the porous alumina carrier layer on the conductive sample bed, the vacuum chamber was evacuated to a vacuum of 5 × 10 −6 Torr, and argon gas was introduced to maintain an argon pressure of 2 mTorr in the vacuum chamber. Subsequently, an argon plasma was generated by applying RF power of 13.56 MHz and 200 Watt to the antenna for plasma generation, and the magnetron deposition source was operated by applying pulsed DC power to the magnetron deposition source. The applied pulse DC voltage was -1.1 kV and the pulse current was 10 A, and the pulse power of about 220 W / cm <2> was used. In addition, the frequency of pulse DC power was 100 Hz, and the pulse width was 200 usec. The average power was 220 W so that there was no problem in cooling the magnetron deposition source.

상기 방법으로 마그네트론 증착원을 작동시킴과 동시에, 알루미나 담체층에 음(-)의 고전압 펄스를 인가함으로써 플라즈마 이온주입 공정을 30 분간 행하였다. 실험시 이용된 고전압 펄스값은, -60 kV, 40 usec로 하였으며, 주파수는 마그네트론 증착원과 동일한 100 Hz로 하여 동기화시켰다. 또한, 200 usec의 마그네트론 증착원 용 펄스 직류가 인가된 후, 약 100 usec 후에 알루미나 담체층에 40 usec의 고전압 펄스가 인가되도록 함으로써, 플라즈마의 이온 밀도가 충분히 높은 상태에서 플라즈마 이온주입이 이루어지도록 하였다.
The magnetron deposition source was operated by the above method, and the plasma ion implantation process was performed for 30 minutes by applying a negative high voltage pulse to the alumina carrier layer. The high voltage pulse value used in the experiment was -60 kV, 40 usec, and the frequency was synchronized to 100 Hz, which is the same as the magnetron deposition source. In addition, after a pulse direct current for a magnetron deposition source of 200 usec was applied, a high voltage pulse of 40 usec was applied to the alumina carrier layer after about 100 usec, so that plasma ion implantation was performed at a sufficiently high ion density of plasma. .

비교예Comparative example

실시예에서와 동일한 다공성 알루미나 담체층에 대해 함침법을 이용하여 Pt 입자를 담지하였다. 이를 위해 증류수에 Potassium Hexachloroplatinate(4) (K2PtCl6)을 용해시켜 0.50wt%의 Pt 입자 용액을 준비하였다. 여기에 다공성 알루미나 담체층을 담근 후 꺼내어 500℃에서 3시간 가열하는 것으로 수분을 제거하였다.
Pt particles were supported by the impregnation method on the same porous alumina carrier layer as in Example. To this end, Potassium Hexachloroplatinate (4) (K 2 PtCl 6 ) was dissolved in distilled water to prepare a 0.50wt% Pt particle solution. The water was removed by immersing the porous alumina carrier layer therein and taking out and heating at 500 ° C. for 3 hours.

촉매 특성 평가Catalyst Characterization

[담체에 담지된 촉매 입자 크기 비교][Comparison of Catalyst Particle Size Supported on Carrier]

실시예 및 비교예에서 제조된 촉매의 표면에 존재하는 Pt 입자의 분산도 및 입자크기를 알아보기 위해 각 촉매의 절단면을 TEM으로 관찰하였다. In order to determine the dispersion and particle size of the Pt particles present on the surfaces of the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples, the cut surfaces of the catalysts were observed by TEM.

도 2는 실시예에서 제조된 것이고, 도 3은 비교예에서 제조된 것이다. 2 is prepared in the Example, and FIG. 3 is prepared in the Comparative Example.

도 2 왼편 사진에서 이온 주입된 Pt층은 약 50~100nm 정도로 관찰되었고, 오른 편 확대사진에서 보면 약간 어둡고 동그랗게 나타나는 것들이 Pt 입자들로, 크기가 2-3 nm 정도이다. 이에 비해 도 3에서는 까맣게 보이는 점들이 Pt 입자로서 그 크기가 수~수십 nm 범위로 분포함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 방법은 함침법보다 더 작은 사이즈의 고체 원소 입자를 담체에 담지시킬 수 있음을 보여준다.
In the left photograph of FIG. 2, the ion-implanted Pt layer was observed at about 50-100 nm, and in the enlarged image at the right, the darker and rounder ones were Pt particles, having a size of 2-3 nm. In contrast, in FIG. 3, black dots are distributed as Pt particles in the size range of several to several tens of nm. That is, the method of the present invention shows that the solid element particles of a smaller size than the impregnation method can be supported on the carrier.

[촉매 성능 평가][Catalyst Performance Evaluation]

실시예 및 비교예에서 제조된 촉매의 성능을 평가하기 위해 DME 개질을 통한 수소기체 발생 반응을 수행하였다. 전술한 길이 4cm, 폭 2cm인 Al 판재의 한 면에 구성된 [Pt/γ-Alumina/Al판재]를 촉매활성판으로 사용하였다. 두 개의 활성판이 마주 보도록 배치한 후 그 사이로 DME 가스가 흘러가도록 개질장치를 구성하였다. 이때 연료(기체 상태)는 5 ml/min으로, 공간 속도(GHSV) 2,000h- 1으로 공급하였다. DME:O2:N2 = 5cc:6cc:20cc로 유지하여 공급하였다. In order to evaluate the performance of the catalysts prepared in Examples and Comparative Examples, a hydrogen gas evolution reaction through DME reforming was performed. [Pt / [gamma] -Alumina / Al plate] composed on one side of the Al plate having a length of 4 cm and a width of 2 cm was used as the catalytically active plate. The reformers were configured to place two active plates facing each other and to flow the DME gas therebetween. The fuel (gas phase) in the 5 ml / min, space velocity (GHSV) 2,000h - was fed to one. DME: O 2 : N 2 = 5cc: 6cc: 20cc was maintained and supplied.

200℃?500℃ 온도 범위에서 DME를 부분 산화 개질하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서와 같이 온도에 따른 수소 기체 발생률이 양 촉매에서 거의 비슷하게 나타났다.  Partial oxidation reforming of the DME in the temperature range of 200 ° C. to 500 ° C. is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, the hydrogen gas generation rate with temperature was about the same in both catalysts.

상기 성능 평가 후 각 촉매에 실제 들어있는 Pt의 양을 ICP 법으로 측정하였다. 그 결과, 실시예에서 제조된 촉매의 경우 0.41 wt%, 비교예에서 제조된 촉매의 경우 0.58 wt%이었다. 즉, 동일한 촉매 성능을 발휘하는 실시예와 비교예의 촉매에서 실제 촉매 성분의 양은 본 발명의 플라즈마 이온 주입법에 의해 제조된 촉매가 함침법에 의해 제조된 촉매에 비해 약 30% 적은 것으로 나타났다.After the performance evaluation, the amount of Pt actually contained in each catalyst was measured by the ICP method. As a result, it was 0.41 wt% for the catalyst prepared in the example, and 0.58 wt% for the catalyst prepared in the comparative example. That is, the amount of the actual catalyst component in the catalysts of the Examples and Comparative Examples showing the same catalytic performance was found to be about 30% less than that of the catalyst prepared by the impregnation method.

이로부터 동일한 촉매 성능을 구현하기 위해 본 발명의 방법을 사용할 때 기존의 함침법에 비해 촉매 성분의 사용량을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
From this it can be seen that when using the method of the present invention to achieve the same catalyst performance, the amount of catalyst components used can be reduced compared to the conventional impregnation method.

Claims (13)

진공 상태로 유지되는 진공조 내부에 촉매 성분으로 사용되는 고체 원소의 플라즈마 이온을 발생시키고, 상기 발생된 플라즈마 이온으로부터 이온화된 촉매 성분을 다공성 담체 표면으로 가속하여 주입시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법. Nanoparticle composite catalyst, characterized in that for generating plasma ions of a solid element used as a catalyst component in the vacuum chamber maintained in a vacuum state, and accelerated injection of the catalyst component ionized from the generated plasma ions to the porous carrier surface Manufacturing method. 제1항에서,
상기 고체 원소 플라즈마 이온은 증착원에 낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력을 인가하는 펄스 직류 전력을 인가하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 1,
The solid element plasma ion is produced by applying a pulsed direct current power to apply a high power at the moment the pulse is applied while maintaining a low average power to the deposition source.
제2항에 있어서,
상기 펄스 직류 전력은, 밀도가 10 W/cm2? 10 kw/cm2이고, 1 Hz ? 10 kHz의 주파수 및 10 usec ? 1 msec의 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
The method of claim 2,
The pulsed DC power has a density of 10 W / cm 2 ? 10 kw / cm 2 , 1 Hz? 10 kHz frequency and 10 usec? Method of producing a nanoparticle composite catalyst characterized in that it has a pulse width of 1 msec.
제2항에서,
상기 다공성 담체에는 고체 원소 플라즈마 이온을 다공성 담체 측으로 가속시키기 위해 상기 펄스 직류 전력에 동기화된 고전압 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 2,
And a high voltage pulse synchronized with the pulsed direct current power is applied to the porous carrier to accelerate solid element plasma ions toward the porous carrier.
제4항에 있어서,
상기 고전압 펄스는 1 Hz ? 10 kHz의 주파수, 1 usec ? 200 usec의 펄스폭 및 -1 kv ? -100 kV의 음(-)의 펄스 고전압을 갖는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The high voltage pulse is 1 Hz? 10 kHz frequency, 1 usec? Pulse width of 200 usec and -1 kv? Method for producing a nanoparticle composite catalyst characterized in that it has a negative pulse high voltage of -100 kV.
제1항에 있어서,
상기 진공조에는 0.5 mTorr ? 5 mTorr의 압력으로 플라즈마 발생 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
0.5 mTorr? Method for producing a nanoparticle composite catalyst, characterized in that the plasma generating gas is injected at a pressure of 5 mTorr.
제1항에서,
상기 다공성 담체는 Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, W-O, V-O, Sb-O, RE(희토류: Sr, Y, 란타넘족)-O계의 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 1,
The porous carrier is Si-O, Sn-O, Al-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Mg-O, WO, VO, Sb-O, RE (rare earth: Sr, Method for producing a nanoparticle composite catalyst, characterized in that at least one selected from the group consisting of Y, lanthanum group) -O-based oxide.
제1항에서,
상기 고체 원소는 Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd 및 Rh으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 1,
The solid element is a method for producing a nanoparticle composite catalyst, characterized in that at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Co, Ni, Pt, Pd and Rh.
제1항에서,
상기 진공조 내부에는 플라즈마가 추가로 도입되는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 1,
Method of producing a nanoparticle composite catalyst, characterized in that the plasma is further introduced into the vacuum chamber.
제1항에서,
상기 다공성 담체는 두께 1-100 μm의 담체층이 금속 또는 세라믹 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조방법.
In claim 1,
The porous carrier is a method for producing a nanoparticle composite catalyst, characterized in that the carrier layer having a thickness of 1-100 μm is formed on a metal or ceramic substrate.
내부가 진공 상태로 유지되는 진공조;
낮은 평균 전력을 유지하면서 펄스가 인가되는 순간 높은 전력을 인가하는 펄스 직류 전력에 의해 상기 진공조 내부로 고체 원소의 이온을 방출하는 증착원 및
상기 증착원에 대향하여 상기 진공조 내부에 배치되며 상기 펄스 직류 전력에 동기화된 고전압 펄스에 의해 고체 원소의 이온이 주입되는 다공성 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매 제조를 위한 장치.
A vacuum chamber in which the inside is kept in a vacuum state;
A deposition source for releasing ions of a solid element into the vacuum chamber by a pulsed direct current power applying a high power at the time when a pulse is applied while maintaining a low average power; and
And a porous carrier disposed inside the vacuum chamber opposite the deposition source and into which ions of a solid element are implanted by a high voltage pulse synchronized to the pulsed direct current power.
제11항에서,
상기 진공조에는 고체 원소의 이온을 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조 장치.
12. The method of claim 11,
And a plasma generating gas for injecting ions of a solid element into a plasma state is injected into the vacuum chamber.
제12항에서,
상기 진공조 내부에는 플라즈마가 추가로 도입되는 것을 특징으로 하는 나노입자 복합체 촉매의 제조 장치.
The method of claim 12,
An apparatus for producing a nanoparticle composite catalyst, wherein a plasma is further introduced into the vacuum chamber.
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